Introduzione alla Chimica (Italiano)

Obiettivo di Apprendimento

  • Definire il campo di applicazione principale di uno spettrometro di massa

Punti Chiave

    • spettrometri di Massa a lavorare su campioni in stato gassoso.
    • I campioni gassosi sono ionizzati da una sorgente ionica, che aggiunge o rimuove particelle cariche (elettroni o ioni). Esempi di sorgenti ioniche includono plasma accoppiato induttivamente e impatto elettronico.,
    • Gli analizzatori di massa separano i campioni ionizzati in base al loro rapporto massa-carica. Tempo di volo e quadrupolo sono esempi di analizzatori di massa.
    • La massa di una particella può essere calcolata in modo molto accurato in base a parametri come il tempo necessario per percorrere una certa distanza o il suo angolo di viaggio.
    • Gli spettrometri di massa sono così precisi che possono determinare i tipi di elementi in un composto o misurare le differenze tra la massa di diversi isotopi dello stesso atomo.,

Termini

  • ionizzazionequalsiasi processo che porta alla dissociazione di un atomo neutro o molecola in particelle cariche (ioni).
  • Plasmauno stato della materia costituito da gas parzialmente ionizzato, di solito ad alte temperature.
  • rapporto massa-caricAil modo migliore per separare gli ioni in uno spettrometro di massa. Questo numero viene calcolato dividendo il peso degli ioni per la sua carica.

La spettrometria di massa (MS) è una tecnica potente che può identificare un’ampia varietà di composti chimici., Viene utilizzato per determinare la massa di una particella, la composizione elementare di un campione e le strutture chimiche di molecole più grandi.

Gli spettrometri di massa separano i composti in base a una proprietà nota come rapporto massa-carica: la massa dell’atomo divisa per la sua carica. Innanzitutto, il campione è ionizzato. La ionizzazione è il processo di conversione di un atomo o molecola in uno ion aggiungendo o rimuovendo particelle cariche come elettroni o ioni. Una volta che il campione è ionizzato, è passato attraverso una qualche forma di campo elettrico o magnetico., La massa di una particella può essere calcolata in base a parametri come il tempo necessario per percorrere una certa distanza o il suo angolo di viaggio.

Schema dello spettrometro di massail campione viene caricato sullo spettrometro di massa, dove subisce vaporizzazione e ionizzazione. I componenti del campione sono ionizzati da uno di una varietà di metodi, come il filamento ionizzante. Gli ioni sono separati in un’analisi da campi magnetici. Sono separati in base ai loro rapporti massa-carica., Gli ioni vengono rilevati, di solito con un metodo quantitativo come un collettore di Faraday. Il segnale ionico viene trasformato in uno spettro di massa.

Il Make-Up di Spettrometria di Massa (MS) Strumenti

MS strumenti sono costituiti da due componenti principali:

  • Una sorgente di ioni, che può convertire le molecole del campione in ioni
  • Un analizzatore di massa, che ordina gli ioni di massa applicando campi elettromagnetici

Ci sono una varietà di tecniche per ionizzanti e la rilevazione di composti.,

Composti ionizzanti

La sorgente ionica è la parte dello spettrometro di massa che ionizza il composto. A seconda delle informazioni desiderate dall’analisi di spettrometria di massa, possono essere utilizzate diverse tecniche di ionizzazione. Ad esempio, la sorgente ionica più comune per l’analisi degli elementi è il plasma accoppiato induttivamente (ICP). In ICP, una “fiamma” di 10.000 gradi C del gas del plasma è usata per atomizzare le molecole del campione e spogliare gli elettroni esterni da quegli atomi.,

Fiamma al plasma induttivamente accoppiata (ICP) Immagine di una fiamma ICP vista attraverso il vetro del saldatore verde.

Il plasma viene solitamente generato dal gas argon. Il gas plasma è elettricamente neutro nel complesso, ma un numero sostanziale dei suoi atomi è ionizzato dall’alta temperatura.

Electron impact (EI) è un altro metodo per generare ioni. In EI, il campione viene riscaldato fino a diventare un gas. Viene quindi passato attraverso un fascio di elettroni., Questo fascio ad alta energia spoglia gli elettroni dalle molecole del campione, lasciando dietro di sé una specie radicale caricata positivamente.

Analizzatori di massa

Analizzatori di massa separano gli ioni in base al loro rapporto massa-carica. Esistono molti tipi di analizzatori di massa. Ognuno ha i suoi punti di forza e di debolezza, tra cui:

  • quanto accuratamente possono misurare rapporti massa-carica simili
  • l’intervallo di masse e concentrazioni del campione che possono misurare.,

Ad esempio, un analizzatore di tempo di volo (TOF) utilizza un campo elettrico per accelerare gli ioni attraverso lo stesso potenziale e quindi misura il tempo necessario per raggiungere il rivelatore. Poiché le particelle hanno tutte la stessa carica, le loro velocità dipendono solo dalle loro masse e gli ioni più leggeri raggiungeranno prima il rivelatore.

Analizzatori di massa del tempo di voloschematica di un analizzatore di massa del tempo di volo (TOF).

Un altro tipo di rivelatore è un quadrupolo., Qui, gli ioni vengono fatti passare attraverso quattro aste parallele, che applicano una tensione elettrica variabile. Quando il campo cambia, gli ioni rispondono seguendo percorsi complessi. A seconda della tensione applicata, solo gli ioni di un certo rapporto massa-carica passeranno attraverso l’analizzatore. Tutti gli altri ioni saranno persi dalla collisione con le aste.

Utilizzando uno spettrometro di massa per misurare la massa

Ecco come uno spettrometro di massa analizzerebbe un campione di cloruro di sodio (sale da cucina).

  • Nella sorgente ionica, il campione viene vaporizzato (trasformato in gas) e ionizzato in ioni sodio (Na+) e cloruro (Cl–).,
  • Gli atomi e gli ioni di sodio hanno un solo isotopo e una massa di circa 23 amu.
  • Gli atomi e gli ioni di cloruro sono disponibili in due isotopi, con masse di circa 35 amu (con un’abbondanza naturale di circa il 75%) e circa 37 amu (con un’abbondanza naturale di circa il 25%).
  • La parte dell’analizzatore di massa dello spettrometro contiene campi elettrici e magnetici, che esercitano forze sugli ioni che viaggiano attraverso questi campi. L’angolo con cui lo ion si muove attraverso i campi dipende dal suo rapporto massa-carica: gli ioni più leggeri cambiano direzione più degli ioni più pesanti.,
  • I flussi di ioni ordinati passano dall’analizzatore al rivelatore, che registra l’abbondanza relativa di ciascun tipo di ioni. Queste informazioni vengono utilizzate per determinare la composizione chimica del campione originale (cioè che sia il sodio che il cloro sono presenti nel campione) e la sua composizione isotopica (il rapporto tra cloro-35 e cloro-37).

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